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元宇宙+教育①丨教育元宇宙的特征和应用场景

02-08 首码网

近年来,以虚拟现实、增强现实等为代表的新兴教育技术引领了未来教育的新方向,整合了虚拟现实、人工智能、区块链等技术的元宇宙为学习者提供了一个虚拟的学习环境,将有可能带来新的教育教学变革。在此背景下,元宇宙在教育领域应用的可行性成为研究者关注的热点,教育元宇宙的潜力值得深入挖掘和分析。

01、什么是元宇宙

“元宇宙(Metaverse)”这个词由前缀“meta”(超越)和词干“verse”(从“universe”演变而来)组成。

《2020-2021 年元宇宙发展研究报告》给出的定义如下:“元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态,它基于扩展显示技术提供沉浸式体验,基于数字孪生技术生成现实世界的镜像,基于区块链技术搭建经济体系,将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合,并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑” 。

维基百科将元宇宙解释为“被用来描述一个未来持久化和去中心化的在线三维虚拟环境”;

还有学者认为元宇宙是通过虚拟增强的物理现实,呈现收敛性和物理持久性特征的、基于未来互联网的、具有连接感知和共享特征的3D虚拟空间。

此外,产业界也对元宇宙的内涵、特征有不同的描述。例如,Roblox公司的首席执行官 Baszucki提出“元宇宙”具有八大基本特征:

身份(Identity)

朋友(Friend)

沉浸感(Immersive)

低延迟(Low Friction)

多元化(Variety)

随地(Anywhere)

经济系统(Economy)

文明(Civility)

而 Beamable 公司的创始人Radoff提出从七个层面构建“元宇宙”:

体验(Experience)

发现(Discovery)

创作者经济(CreatorEconomy)

空间计算(Spatial Computing)

去中心化(Decentralization)

人机互动(Human-computer Interaction)

基础设施(Infrastructure)

可以预见,元宇宙将为人类生存带来两个维度的扩展:一是生存维度,即元宇宙提供了一个既独立于现实世界又能与现实世界相结合的综合环境;二是人类感官维度的扩展,在元宇宙中用户将体会到虚拟世界和现实世界的多重感官,虚拟世界也将不仅是视觉,而是虚拟视觉、现实视觉、听觉、触觉的综合感官体验。

02、教育元宇宙的特征与技术支撑

教育元宇宙特征

教育具有开放性、不可还原性、非线性与非均衡性等特征,是一个复杂系统,要想深刻认识其发展规律并非易事。

以往人们研究教育系统通常采取理论研究和试验两种方式,而元宇宙的出现,有可能为人类认识教育系统的复杂性和教育的发生发展规律带来第三种方式。

“教育元宇宙”是一个全新的概念,尚不具备科技产业界所描述的众多特征,但若要发展教育元宇宙,至少应具备三个核心特征:

强调社交互动——交互性

部署元宇宙首先要关注其社会交互性。

教师、学生、学习资源、学习环境是教育场景的四大基本要素,而教育元宇宙中虚拟学习环境不是固定的,可以由居住在其中的部分或全部用户进行建模和修改,从而促进学生和学习资源、学习环境之间的交互。

此外,教育元宇宙还允许学生或教师通过代理建立关系,每个虚拟形象都用来传达学生或教师在世界中的角色。

学生也可以在教育元宇宙中进行社交,建立社会关系。这种随时随地沉浸式的社会交互,给生生、师生之间的交互创建了近乎真实的社会情境,不仅可以拓展学习空间,还能提供更多的学习、社交机会,形成社区观念。

教育元宇宙的交互性,为不同阶段、不同学科、不同层次、不同领域的教育打开了另一扇门,为这些形式各异的教育活动注入新的灵感。

真实世界的模拟——沉浸性

教育元宇宙所呈现的环境与现实世界非常相似,能够通过模拟物理定律为用户提供一个逼真的现实世界环境。因此,我们所熟悉的一些行为(如身体不能穿过墙壁、物体由于重力下落等)能够在三维立体的虚拟环境中得以反映,这极大地提高了虚拟世界的真实感和沉浸性。

然而,为了促进用户在教育元宇宙中的探索,也有一些情况例外,如用户可以腾空而起或瞬间传送到教育元宇宙中的任意地方。教育元宇宙高度真实和沉浸的特征将进一步提升用户的存在感、临场感,使用户身临其境般的学习成为可能。

自由、开放、灵活的规则——多元性

教育元宇宙不像商业游戏一样有预置的规则,它并不强加任何既定的规则或目标。所有的教育元宇宙居民(即用户,而非平台的开发者)负责定义他们自己理想环境的规则和条件,这使得用户在教育元宇宙中几乎可以做任何想做的事情,如举办音乐会、组织游戏、开设大学讲座等。

此外,由于教育元宇宙采用分布式云计算技术,可以将多个服务器托管于世界上不同的地区,因此教育元宇宙允许用户根据需求扩大或缩小学习环境的规模。

教育元宇宙还提供访问控制的支持,允许授权用户在个别土地上定义限制和规则,这使得在共享环境中引入私人空间成为可能,因此不管是大规模开放在线课程(Massive Open Online Courses,MOOC)还是小规模私有在线课程(Small Private Online Course,SPOC)都可以通过三维沉浸的方式开展。

这种灵活的规则使得教育元宇宙中的用户可以自由地进行活动、创作和交流,并由此产生了无限、多元的教育活动形式。

教育元宇宙底层支撑技术

尽管教育元宇宙的概念尚处于萌芽阶段,其代表——三维虚拟/增强现实学习环境的出现也不算早 ,但其特点也符合如行为主义、情境认知理论、具身认知理论、建构主义学习理论、心流理论等传统理论上的观点。

当前产业界对元宇宙底层支撑技术的描述有很多,大致可归为六大类:网络及运算技术、物联网技术、区块链技术、交互技术、电子游戏技术、人工智能技术。

在教育元宇宙中,这六大底层支撑技术及应用场景如下图所示。

①网络及运算技术,5G校园网、边缘计算、多终端协同云计算可作为教育元宇宙的网络及运算基础设施,为未来学生和教师享受高带宽、低延迟、多连接的泛在学习场景提供坚实的硬件环境基础。

②物联网技术,芯片的小型化和计算能力的大幅提升,促进了物联网技术的迅速普及,为教育元宇宙感知物理世界的信号和接入教育元宇宙提供了传输通道,这种万物互联的学习环境必定会激发出学生动手创作新世界的热情,并为未来的安全校园、创客教育、多模态智慧课堂提供有力支撑。

③区块链技术,该技术的去中心化、分布式、可追溯性、高信任度等技术特征,确保了教育管理和教学过程中所产生数据信息的完整性和安全性,可为未来教育元宇宙中学习成果认证、学分银行建设、数字资源管理及分发、开放教育资源生态构建、数字校园社区自组织运行等提供基于规则与算法运作的知识分享与认证保障。

④交互技术,以计算机图形学、计算机视觉、姿态识别、手势识别甚至脑机接口等人机交互技术为支撑的三维虚拟现实/增强现实学习环境,为教育元宇宙带来了无限想象空间,使学生的学习不再局限于视觉和听觉两个通道,因为多通道融合的 VR/AR 技术可让学生在教育元宇宙中的学习活动汇聚视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等综合感官体验。

⑤电子游戏技术,电子游戏技术衍生出来的游戏化学习、悦趣化学习让学生在教育元宇宙中的学习变得更加有趣,配合多模态的数据、脑科学技术,游戏化学习在提供更多沉浸感的同时,也让学生的学习过程更加科学、合理。

⑥人工智能技术,教育元宇宙中个性化推荐、教学行为数据挖掘、知识图谱、多模态情感计算得益于当前人工智能技术的飞速发展,智能导师、智能测评、多模态情感计算等都将在教育元宇宙中得到更广泛的发展和应用。这些底层支撑技术和应用场景为教育元宇宙的发展与落地提供了坚实、有力的基础,并描绘了一幅极具想象力的未来教育蓝图。

不过现阶段教育领域十分重视智能化的学习交互环境和手段,这其中以机器学习、自然语言处理为代表的人工智能技术和以虚拟现实(VR)、增强现实(AR)为代表的交互技术得到的关注最多。

从人们的直观感受来看,教育元宇宙就是基于 VR/AR技术将现实世界映射到具有一定智能的虚拟学习环境当中,是对现实生活的延伸。

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